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新能源汽车电池壳市场分析(一)
发布时间:2020年12月02日 10:25

在我国新能源汽车快速发展的引领下,电动化已成为全球汽车发展的主要趋势,展望未来数十年,以纯电动车、混合动力车为主的新能源汽车销量将持续保持较高的增长速度。动力电池系统壳体作为新能源动力系统带来的新部件,为汽车零部件行业带来了新的市场增量,其市场规模将获得快速提升,参与动力电池系统壳体产品业务的汽车零部件供应商有望享受这一高速增长市场的红利。


铝合金已成为动力电池系统壳体主流技术路线

铝合金材料应用已成为目前汽车轻量化的主要途径,在汽车零部件领域应用越来越广泛。轧制铝板、挤压铝型材、铸造铝三种不同类型的铝材在不同的电池壳项目均得到了批量应用,已成为动力电池系统壳体的主流技术路线。压铸铝广泛应用于混合动力等小型动力电池壳体,大型动力电池壳体则以铝型材和铝板焊接结构为主要趋势。


动力电池系统壳体作为新能源动力系统带来的新部件,为汽车零部件行业带来了新的市场增量,其市场规模将获得快速提升,2025年有望达到330亿元。


从事车身总成业务的供应商凭借冲压焊接技术优势和总成零件生产管理能力、铝合金压铸件、铝合金型材等零部件或材料的供应商凭借其压铸、挤压等基础工艺技术优势积极布局电池壳业务领域,有望享受新能源汽车市场高速增长的行业红利。


凭借我国新能源汽车市场的领先优势,我国动力电池系统壳体龙头供应商在市场开拓和技术研发方面有望领先于国外供应商,形成铝合金轻量化汽车零部件的核心技术优势,为铝合金在车身零部件的应用积累经验,未来有望成长为全球铝合金轻量化零部件市场的龙头。华域汽车、凌云股份、拓普在铝合金轻量化零件和车身零部件冲压焊接方面优势明显,旭升股份、广东鸿图、亚德林等在铝合金压铸件领域积累了较多经验,拓普集团积极拓展铝合金轻量化市场,具有较强的成长潜力。


1. 汽车零部件领域的增量市场

1.1. 电池壳是新能源汽车关键零部件

动力电池系统(动力电池PACK,电池包)是为新能源汽车提供驱动电能的核心能量源,是新能源汽车最关键的零部件之一。动力电池系统主要由电池模块、电气系统、热管理系统、壳体和BMS等零部件组成,通过壳体将电池模块、电气系统、热管理系统和BMS封装,构成动力电池体统的主体。


动力电池系统壳体(电池壳)作为电池模块的承载体,对电池模块的稳定工作和安全防护起着关键作用,除保证强度、刚度和碰撞安全性要求以外,还能满足电气设备外壳IP67防护等级设计要求。众多整车厂专门开发的电动车平台采用底板平台式电池系统布局,甚至将电池壳和车身底板合为一体,改变了传统的车身形态,使电池壳成为车身的一部分,对整车强度、刚度和碰撞安全性形成较大的影响。


因此,虽然电池壳通常被认为是新能源汽车电池包的组成部分,但其涉及车身系统和电气安全,是新能源汽车的关键零部件。


轻量化是电动汽车绕不开的课题,除了车身结构的轻量化,电池包本身也需要轻量化,除了电池能量密度提升、电池模块优化设计以外,电池壳的轻量化也是努力的方向之一。以轻量化为目的,高强钢、铝合金、复合材料等不同材料和制造工艺都在电池壳生产制造中得到了应用。


电池壳作为一个结构件,其生产制造工艺与车身、底盘结构件类似,同时在新材料、新工艺应用方面进一步提升,作为新能源动力系统带来的新部件,为传统制造业带来技术升级和新的市场增量。


1.2. 新能源汽车增量市场

2018 年,我国新能源汽车产销分别完成了127万辆和125.6万辆,同比分别增长了59.9%和61.7%;其中纯电动汽车产销分别完成98.6万辆和98.4万辆,同比分别增长47.9%和50.8%;插电式混合动力汽车产销分别完成28.3万辆和27.1万辆,同比分别增长122%和118%。2018年新能源汽车市场占比4.4%,比上年提高了1.7个百分点。


在我国新能源汽车快速发展的引领下,电动化已成为全球汽车发展的主要趋势,展望未来数十年,以纯电动车、混合动力车为主的新能源汽车销量将持续保持较高的增长速度。



预计到2025年,全球电动车销量将达到每年1100万辆,占汽车总销量的11%;2030年全球电动车销量将达到每年3000万辆,占汽车总销量的28%。我国将继续引领电动汽车的推广应用,2025年我国电动车销量将达到550万辆,占全球电动车销量的50%;2030年我国电动车销量将接近1200万辆,占全球电动车销量近40%。传统汽车巨头纷纷加入了电动车发展的洪流,大众、戴姆勒、日产、沃尔沃等公司都制定了激进的电动车规划。根据规划,全球量产电动车车型数量将从2017年年底的155个增加到2022年的289个。大众集团在2019年集团年会上发布了电动车战略目标,将在未来10年内推出70款电动车型,涵盖大众、奥迪、保时捷、宾利等品牌,到2028年生产电动车共计2200万辆。一汽大众将在2019年推出6款新能源车型,并在佛山基地建设电动车生产线;上汽大众建设的新能源汽车工厂将在2020年建成,预期产能30万辆。北京奔驰计划在两个工厂新增19万辆电动车产能并投建动力电池基地,先期推出四款电动车型。特斯拉在上海投建的电动车超级工厂规划产能50万辆。大众、奔驰、宝马、特斯拉等品牌加大在我国投产新能源汽车的力度,将改变我国电动车行业格局,推动我国电动车产业升级,产品高端化趋势明显。合资品牌和外资品牌对产品质量要求较高,电池壳作为新能源汽车关键核心零部件,也将随着合资、外资品牌的引入进行产品升级,轻量化、可靠性高的高端电池壳产品市场将快速扩张,迎来黄金发展机遇期。



电池壳产品价格根据尺寸大小和选用材料及生产工艺不同,价格范围较大。目前,主流的电池壳产品单车配套价值在2000元-5000元。考虑大批量生产以后产品生产成本降低,假设单车配套电池壳价格为3000元,以2025年全球电动车产量1100万辆估算,电池壳市场规模将达到330亿元。


2. 轻量化:电池壳技术路线

2.1. 电池壳轻量化需求迫切

续航里程长是电动车追求的一个重要指标,在电池能量密度提升遇到重大瓶颈的现状下,增加电池组的容量是提高续航里程的最便捷和最高效的途径。然而,电池组的增加直接导致整车重量的增加,使车辆运行的能耗增加,影响整车产品性能。因此新能源汽车的轻量化需求比传统燃油车更加迫切,对动力电池系统减重也是新能源汽车企业重要的课题。



在动力电池系统中,电池壳占系统总重量约20-30%,是主要结构件,因此在保证电池系统功能安全和车辆整体安全的前提下,电池壳的轻量化已经成为电池系统主要改进目标之一。


2.2. 铝合金已成为电池壳主流技术路线

电池壳的主要作用是承载电池组、电气模块、冷却模块等动力电池系统部件,同时保护电池和电气系统在车辆受到外部碰撞、冲击和挤压时不受破坏。钢板、铝板、挤压铝型材、压铸铝等传统的金属材料在不同车型的电池壳中均有应用。玻纤增强复合材料、SMC 复合材料、碳纤维复合材料等多种轻量化复合材料也在电动车项目中采用或开展了相关研究。



日产Leaf 电池包采用了钢制壳体,主要工艺为钢板冲压和点焊连接。钢制壳体能够提供较高的强度和刚度,且加工工艺简单,是车身制造领域最传统最成熟的工艺。


铝合金已成为汽车轻量化的主流趋势,虽然成本偏高,但其优异的加工性、耐腐蚀性和可回收利用等优势使铝合金材料在汽车领域应用越来越广泛。铝合金在电池壳产品上的应用也较多,铝板、挤压铝、铸造铝三种不同类型的铝材都在不同的项目上得到了批量应用。


混动版Cadillac CT6 和Audi Q7 e-tron 均采用了铝合金壳体。两个车型的电池下壳体采用压铸铝合金,上壳体(盖板)采用铝板冲压件。



铝合金压铸下壳体采用一次成型工艺,工艺简单,结构完整性较好。能够提供较好的强度、刚度和密封性能。铝合金上壳体主要起密封作用,辅助提供刚度和强度,采用铝板冲压件能够很好地降低重量。


受压铸机设备吨位限制,压铸件尺寸受到一定限制,因此铝压铸壳体尺寸较小,一般常用于混动车型动力电池系统。




特斯拉Model S,Model X,Model 3 电池壳均采用铝合金挤压型材和铝板焊接结构。挤压型材拼焊构成的框架能够提供足够的刚度和强度,铝板冲压件作为盖板与框架结合对电池系统进行密封。



铝合金框架和铝板结构电池壳结构设计灵活,能够提供较好的减重效果,且工艺比较成熟,得到了众多车企的青睐,奥迪e-tron Prototype、蔚来ES8、大众MEB 等项目电池壳均采用了铝合金框架和铝板结构。




根据各大整车企业电池系统开发的案例和趋势看,铝合金材料已成为电池壳的主流应用,在混合动力车型应用中以压铸铝和铝板结构为主流;纯电动车型应用以铝挤压型材和铝板焊接结构为主流。


随着合资外资品牌在国内投产,将带动我国新能源汽车产品升级,铝合金电池壳也有望成为我国自主品牌电池系统的主流应用。